§ 40. Природні й синтетичні органічні сполуки

Після опрацювання параграфа ви зможете:

наводити приклади природних і синтетичних речовин;
оцінювати вплив продуктів синтетичної хімії на навколишнє середовище в разі неправильного використання їх;

Природні й синтетичні органічні сполуки - невідокремна складова нашого життя. Вони всюди - у їжі та одязі, косметичних засобах і будівельних матеріалах, спортивному й туристському спорядженні, в автомобілях і літаках, комп’ютерах і лікувальних препаратах, засобах захисту рослин і мобільних телефонах... Цей список практично нескінченний - адже щодня науковці в лабораторіях синтезують або видобувають з природних об’єктів усе нові й нові органічні речовини, досліджують їх.

• Наведіть кілька прикладів природних і синтетичних органічних сполук, відомих вам з повсякденного життя.

За якою ознакою численні органічні сполуки класифікують на природні й синтетичні? Насамперед за джерелами їхнього видобування. Цю класифікацію спрощено відображає схема на рисунку 40.1.

Рис. 40.1

З природних джерел органічні речовини виділяють переважно в готовому вигляді або завдяки переробленню природної сировини. Наприклад, вивчаючи вуглеводні, ви дізналися, що метан і його гомологи видобувають з природного газу, нафти, кам’яного вугілля. Тому ці речовини можна класифікувати як природні органічні сполуки. Натомість етилен і ацетилен через високу реакційну здатність у природі майже не трапляються. Тому в лабораторних умовах і промисловості їх синтезують з інших речовин.

Органічний синтез - розділ хімії, що вивчає різні способи, методики, засоби визначення, апаратуру тощо для одержання органічних сполук і матеріалів, а також сам процес їхнього одержання в лабораторних умовах чи промисловості. За допомогою органічного синтезу добувають безліч різноманітних органічних речовин. Ця галузь хімії почала стрімко розвиватися лише з розвитком капіталістичного виробництва, аби задовольнити зрослий попит на пальне, мастила, барвники тощо. Вагомий внесок у розвиток синтетичної органічної хімії зробили й українські науковці: П. П. Алексєєв, О. В. Богатський, М. А. Валяшко, А. І. Кипріанов, О. В. Кірсанов, С. М. Реформатський, В. П. Яворський та ін.

• Поміркуйте й висловіть припущення, для добування яких речовин доцільно використовувати органічний синтез.

Які переваги органічного синтезу? Насамперед це спосіб добування сполук з унікальними властивостями, які не трапляються у природі. Найпростіший приклад такої речовини з-поміж вивчених вами цього року - поліетилен, без якого важко уявити сучасне життя.

• Пригадайте, які екологічні проблеми зумовлені тим, що поліетилен - синтетична органічна речовина.

Органічним синтезом добувають барвники, лікарські препарати, каучуки, гуму та інші полімерні матеріали. До того ж органічний синтез сприяє зменшенню використання цінної харчової сировини для технічних потреб.

Природні органічні сполуки та реакції за їхньою участю - основа життєво важливих процесів, які вивчає біологічна хімія й молекулярна біологія. Дослідження в цьому напрямі дають змогу глибше осягнути сутність явищ живої природи. Тому, незважаючи на успіхи синтетичної органічної хімії, природна сировина була й залишається безцінним джерелом речовин з фантастичними властивостями. Наприклад, Нобелівську премію з хімії в 2008 р. одержали науковці (рис. 40.2), які з морських медуз роду Aequorea виділили й дослідили білок GFP. Зелений флуоресцентний білок дав змогу спостерігати чимало прихованих процесів і структур, наприклад ріст і характер зв’язків нейронів, поширення ракових клітин в організмах лабораторних тварин тощо.

Рис. 40.2. Лауреати Нобелівської премії з хімії за 2008 рік: Осаму Сімомура, Мартін Чалфі й Роджер Цянь

Цікаво і пізнавально

Світного кота на ймення Містер Зелені гени виведено в Одьюбонівському центрі дослідження зникаючих видів у Новому Орлеані (США). Якщо в темряві спрямувати на нього ультрафіолетові промені, котячі очі, ясна та язик світитимуться зеленим. Зелене світіння - це лише маркер, який сигналізує, що потрібний ген потрапив до генетичного апарату кота й працює там. Для цього використовують білок GFP. Його з’єднують з іншим геном і за світінням визначають, де і як досліджуваний ген працює. Генетичні апарати людини й кота дуже схожі, тому на цих тваринах можна вивчати багато генетичних хвороб людини.

Природні органічні сполуки вирізняються розмаїттям фізичних і хімічних властивостей. Поміж них трапляються порівняно прості за складом леткі рідини, наприклад, мурашина кислота. Чимало є твердих кристалічних сполук, які істотно різняться температурою плавлення й розчинністю. Так, температура плавлення ментолу, який виділяють з м’ятної олії, не перевищує 50 °С. Природні високомолекулярні сполуки найчастіше аморфні, як-от крохмаль. Знання про фізичні й хімічні властивості сполук необхідні під час їхнього добування з природної сировини. Щоб виділити потрібну речовину й очистити її від домішок, хімікам і хімікиням потрібно виявити винахідливість, вибрати раціональні прийоми роботи. Досліджуючи новий продукт, доводиться щоразу шукати ліпші умови одержання індивідуальної речовини.

Природні чи синтетичні? І природні, і синтетичні! Перші синтези органічних сполук дали підстави О. М. Бутлерову наголосити на можливості добування синтезом будь-якої органічної речовини. Реалії сьогодення перевершили найоптимістичніші прогнози. Чи не для кожної природної органічної речовини існують синтетичні аналоги, наприклад: жири, білки, вуглеводи, вітаміни, гормони тощо.

Синтетичне волокно капрон за своєю хімічною природою подібне до шерсті й шовку. Синтетичні каучуки й гума - аналоги природного каучуку (рис. 40.3), утім, за низкою споживчих властивостей перевершують його. Синтетичні лікарські препарати виявляють швидший і потужніший терапевтичний ефект порівняно з природними прототипами.

Рис. 40.3. Вироби з матеріалів на основі природних і синтетичних органічних речовин

Розвиток біотехнології створив умови для добування життєво важливих органічних речовин з вуглеводневої сировини. Приміром, кормові білки за допомогою дріжджів можна синтезувати з вуглеводнів нафти. На уроках біології ви докладніше дізнаєтеся про застосування методів генної інженери для синтезу біологічно активних сполук білкової природи - інсуліну, інтерферону. Синтетична органічна хімія, на здобутках якої ґрунтуються дослідження хімії живого, стає мистецтвом в усіх значеннях цього слова.

Цікаво і пізнавально

Пейзаж із заходом сонця в Сан-Дієго «написали» колонії бактерій, висаджені в поживне середовище в чашці Петрі (рис. 40.4). У різних колоніях синтезуються флуоресцентні білки різного кольору, одержані на основі зеленого флуоресцентного білка медузи Aequorea. Художник - Натан Шейнер, співробітник лабораторії Роджера Цяня, фотограф - Піл Штейнбах.

Рис. 40.4

Використання продуктів синтетичної органічної хімії пов’язане з неабиякими ризиками. Про деякі з них уже йшлося в попередніх параграфах. Приміром, розвиток злочинної підпільної індустрії синтетичних наркотичних речовин сприяє стрімкому поширенню наркоманії, особливо поміж молоді. Тепер важко спрогнозувати й неупереджено оцінити найближчі й віддалені наслідки збагачення раціону людини й сільськогосподарських тварин найрізноманітнішими синтетичними харчовими добавками.

Проблема негативного впливу на довкілля промислових і побутових відходів, які містять синтетичні органічні сполуки, залишається чи не найактуальнішою. Про особливо небезпечні стійкі органічні забруднювачі та захист довкілля від них буде в наступному параграфі.

Чи безпечні природні органічні речовини? Міркуйте самі: сьомий том багатотомного видання «Шкідливі хімічні речовини» має назву «Природні органічні сполуки». Не вдаючись до подробиць, зауважимо, що найсильніші природні отрути мають органічне походження. Водночас вони є об’єктом пильної уваги фахівців і фахівчинь у галузі органічної хімії, адже шляхом органічного синтезу отруйні сполуки можна перетворити на дотепер не відомі лікувальні засоби.

Дотримання правил безпечного поводження з продуктами органічної хімії - природного чи синтетичного походження - умова збереження здоров’я кожної людини. Почніть з азів - візьміть за правило уважно вивчати зміст етикеток споживчих товарів та інструкцій з їхнього використання. Неухильно виконуйте правила користування побутовими хімікатами і горючими газами!

Ви легко зможете продовжити цей перелік порад, адже багато про що дізналися на уроках з основ здоров’я.

Цікаво і пізнавально

На думку українського академіка В. П. Кухара, уже найближчими роками хімічне виробництво органічних матеріалів ґрунтуватиметься на трьох сировинних базах: вуглеводнях, вуглеводах і продуктах метаболізму рослин. Вуглеводні з нафти, газу і синтез-газ залишатимуться основною сировиною для виробництва органічних хімікатів, розчинників і полімерних матеріалів. Водночас стрімко зростатиме обсяг органічних хімікатів, вироблених ферментативною технологією з біомаси в поєднанні з додатковими каталітичними і синтетичними процесами. Рослини використовуватимуть як джерело екологічно безпечних пестицидів і барвників, лікарських засобів тощо. Поява на ринку значного обсягу доступних хімікатів з біомаси буде важливим стимулом для розширення сфери їхнього застосування та створення нових проміжних і кінцевих продуктів.

ПРО ГОЛОВНЕ

• Органічні сполуки класифікують на природні й синтетичні.

• Органічний синтез - розділ хімії, що вивчає різні способи, методики, засоби визначення, апаратуру тощо для одержання органічних сполук і матеріалів, а також сам процес їхнього одержання в лабораторних умовах чи промисловості.

• Використання органічного синтезу сприяє зменшенню витрат цінної харчової сировини для технічних потреб.

• Природні органічні сполуки та реакції за їхньою участю - основа життєво важливих процесів.

• Потрібно неухильно дотримуватися правил безпечного поводження з продуктами органічної хімії природного чи синтетичного походження.

Перевірте себе

1. Як класифікують органічні сполуки? 2. Що таке органічний синтез? Яке значення його та природних органічних сполук? 3. Для чого потрібно знати властивості природних органічних речовин? 4. Чому важливо дотримуватися правил безпечного поводження з продуктами органічної хімії?

Застосуйте свої знання й уміння

5. Класифікуйте органічні речовини на природні й синтетичні: пропан, поліетилен, сахароза, целюлоза, гума, гемоглобін.

6. Опишіть, як потрібно використовувати синтетичні мийні засоби, щоб не завдати шкоди здоров’ю та довкіллю.

7. Доведіть необхідність уважного ознайомлення з маркованням споживчих товарів та інструкціями до них.

8. Дізнайтеся, що означають літери PE, PS, РР на денцях одноразового пластикового посуду та як правильно використовувати його.

9. Кожний номер журналу «Природні органічні сполуки та їхні синтетичні аналоги» містить близько 250 рефератів, анотацій та бібліографічних описів. Поясніть, про що це свідчить.

10. Проблематикою вітчизняного періодичного видання «Журнал органічної та фармацевтичної хімії» є, зокрема, синтез аналогів природних сполук. Обґрунтуйте актуальність цього напряму наукових досліджень.

Творча майстерня

11. Нобелівську премію в галузі хімії присуджують щорічно. Дізнайтеся, використовуючи різноманітні джерела інформації, за яке відкриття вона була присвоєна цього року.

Дізнайтеся більше